3.2交变电流的描述-2021-2022学年高二物理精品课件（2019人教版选择性必修第二册）

第三章 交 变 电 流 3.2交变电流的描述 正弦式交变电流的大小和方向都随时间发生周期性变化，那么我们如何描述这种电流的变化特征呢？ 情景引入 一、周期和频率 线圈转动一周 电压、电流都发生一次周期性变化 1.周期： 交变电流完成一次周期性变化所需的时间 符号：T 单位是秒（S） 2.频率： 交变电流一秒内完成周期性变化的次数 符号：f 单位是赫兹（Hz） ω=2πf （角频率或圆频率） e=Emsinωt i=Imsinωt u=Umsinωt 一交变电流的电压随时间的变化图像如图所示，这个交变电流的周期是多少？频率是多少？ T=0.02s 角速度： ω=2πf=2π×50=100πrad/s P到 是多少个周期？ 瞬时电压的表达式： u=umsinωt=umsin100πt 思考与讨论 二、峰值和有效值 e=Emsinωt i=Imsinωt u=umsinωt 交变电流的峰值是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，可以用来表示交流电的电流或电压变化幅度。 1.峰值 Em ＝NωBS 峰值 Um ＝ Im R外 2.峰值的应用 把电容器接在交流电路中，就需要知道电压的峰值。电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值，否则电容器就可能被击穿。 耐压值（最大值） 如图是通过一个R=1Ω的电阻的电流i随时间变化的曲线。这个电流不是恒定电流。 1、怎样计算通过1S内电阻R中产生的热量? 2、如果有一个大小、方向 都不变的恒定电流通过这个 电阻R也能在1S内产生同样的热量，这个电流是多大？ 在0.2-0.5s内电路中产生的热量为Q2，则 1、在0-0.2s内电路中产生的热量为Q1，则 故1s内产生的总热量： Q交=2（Q1+Q2）=2.8J 2、Q直=Q交 带入数据得： 思考与讨论 二、峰值和有效值 让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相等，而这个恒定电流的电流与电压分别为 I、U，我们就把 I、U 叫 作这一交变电流的有效值。 从有效值的定义看，“有效”指的是电流热效应的等效。 R R ~ 3.有效值 等 效 解析： 【例题1】通过某交流电流表的电流i随时间t变化的关系如图所示，该电流表的示数是多少? 电流表的示数是有效值。 Q直=I2Rt Q交=2×（I12Rt1+I22Rt2）从图中把数据代入，则有 所以100R=I2Rt，解得I=5A 根据有效值的定义：有Q直=Q交 典例解析 二、峰值和有效值 4.有效值与峰值的关系 理论计算表明，正弦交流电的峰值与有效值有以下关系： 交流电流表和交流电压表的读数是有效值 交流用电器的铭牌上标识的是有效值 解析： 【例题2】如图所示为一交变电流的i­-t图象，则此交变电流的有效值为(　　) A.5 A　　B.5 A C.10 A D.A D 典例解析 物理量 物理含义 重要关系 适用情况及说明 瞬时值 最大值 有效值 平均值 交变电流某一时刻的值 e＝Emsin ωt u＝Umsin ωt 计算线圈某时刻的受力情况 最大的瞬时值 Em＝NBSω 电容器的击穿电压 交变电流图象中图线与时间轴所围的面积与时间的比值 跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值 (1)计算与电流的热效应有关的量(如功、功率、热量)等 计算通过电路横截面的电荷量 对正(余)弦交流电 i＝Imsin ωt (2)电气设备“铭牌”上所标值 (3)保险丝的熔断电流 (4)交流电流表、电压表的示数 要点总结 三、正弦式交变电流的公式和图像 正弦式交变电流 公式 图像 写出下面情况下交流电的表达式 【例题3】如图甲所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动．若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时(如图乙)为计时起点，并规定当电流自a流向b时，电流方向为正．则下列四幅图中正确的是 (　 　) D 典例解析 电感器对交变电流的作用 1.实验装置 2.实验现象 ①接通直流，灯泡亮度几乎相同。 ②接通交流，串联有线圈的支路灯泡较暗。 ③匝数越多，灯泡越暗。 ④频率越高，灯泡越暗。 线圈与交变电流之间的电磁感应作用所引起的阻碍作用，这叫感抗。 线圈的自感越大，线圈的感抗就越大。 交流的频率越高，线圈的感抗就越大。 拓展学习 5μF 20μF 23μF 电容器对交变电流的作用 1.实验装置 2.实验现象 ①接通直流，串联有电容的支路灯泡不亮。 ②接通交流，串联有电容的支路中，灯泡较暗。 ③电容越小，灯泡越暗。 ④频率越高，灯泡越亮。 电